JPH0580302A - 液晶電気光学装置 - Google Patents

液晶電気光学装置

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JPH0580302A
JPH0580302A JP3270360A JP27036091A JPH0580302A JP H0580302 A JPH0580302 A JP H0580302A JP 3270360 A JP3270360 A JP 3270360A JP 27036091 A JP27036091 A JP 27036091A JP H0580302 A JPH0580302 A JP H0580302A
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JP
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liquid crystal
substrates
crystal material
optical device
substrate
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JP3270360A
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Toshimitsu Konuma
利光 小沼
Toshiji Hamaya
敏次 浜谷
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
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Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1334—Constructional arrangements; Manufacturing methods based on polymer dispersed liquid crystals, e.g. microencapsulated liquid crystals

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は分散型液晶に於ける光の散乱効率を
向上させるものである。 【構成】 ドロップレットの形状は球形でいるよりは偏
平な形態をしていて調光層の厚み方向に偏平したドロッ
プレットが積層しているほうが光の散乱状態としては効
率がよい。このような状態にドロップレットを変形させ
るためには通常の工程で作製したドロップレットを基板
同士を加圧することによって変形させればよい。それに
より基板間距離は小さくなりドロップレットは偏平な形
になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高分子樹脂の中に液晶材
料を分散させた液晶樹脂複合体を有する分散型の液晶電
気光学装置に関するものである。特に、基板間隔が大き
くないにもかかわらず、散乱効率が高い液晶電気光学装
置を提案するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の液晶電気光学装置はネマチック液
晶等を使用したＴＮ型やＳＴＮ型のものが広く知られ、
実用化されている。また、最近では強誘電性液晶を使用
したものも知られている。これらの液晶電気光学装置
は、基本的には基板上に電極及びリードを有する第１の
基板と基板上に電極とリードを有する第２の基板によっ
て、液晶組成物を挟持しており、前記基板上の電極によ
って、液晶組成物に電界を加え、液晶材料自身の誘電率
の異方性によって、または強誘電性液晶の場合は自発分
極によって、液晶分子の状態を変化させ、その結果液晶
分子の状態の変化に伴う電気光学効果を利用するもので
ある。
【０００３】ＴＮ、ＳＴＮ型の液晶電気光学装置におい
て、液晶分子は、液晶層の両基板接触面では配向処理の
ために行われるラビングによって規制力につられて、ラ
ビング方向に並ぶ。上下基板においては、このラビング
方向が９０゜または２００゜〜２９０゜に位置するよう
にずらせてある。液晶層の中間付近では、９０゜〜２９
０゜に位置する上下の分子の間をエネルギーが一番小さ
くなるように螺旋状に液晶分子が並ぶことになる。この
時、ＳＴＮ型の場合は必要に応じて液晶材料にカイラル
物質を混合している。
【０００４】これらの装置はいずれも偏光板を有しかつ
液晶分子を液晶電気光学装置内で一定の方向に規則正し
く配向させる必要があった。この配向処理は、配向膜
（通常は有機膜）を綿やベルベットの布で一定方向に擦
るというもので、この処理がなければ、一定方向に液晶
分子は配列せず、液晶の電気光学効果を利用することは
できない。そのため、装置の構造は、一対の基板によっ
て液晶材料を保持する容器を構成して、その容器内に液
晶を注入し、液晶を配向させてその光学的な効果を利用
していた。
【０００５】一方、これらの偏光板や配向処理等を必要
とせず、画面の明るいコントラストのよい分散型液晶が
知られている。第１図に従来の分散型液晶の外略図を示
す。透光性を有する基板（１００、１００’）に挟持さ
れた分散型液晶とは透光性の固相ポリマー（１０２）が
液晶材料（１０３）を粒状または海面状に保持して調光
層を構成しているものである。この液晶装置の作製方法
としては、カプセル化された液晶材料をポリマー中に分
散させ、そのポリマーをフィルムあるいは基板上に薄膜
として形成されたものが知られている。ここで、カプセ
ル化材料してはアラビアゴム、ポリビニルアルコール、
ゼラチン等が用いられている。
【０００６】例えば、ポリビニルアルコールでカプセル
化された液晶分子は、それらが薄膜中で正の誘電異方性
を有するものであるならば電界の存在下でその液晶分子
が液晶分子の長軸を電界に平行になるように配列させ液
晶の屈折率と等しい場合には透明性が発現する。一方電
界がない場合には、液晶は特定の方向に配列せず様々な
方向を向いているので、液晶の屈折率がポリマーの屈折
率との差が大きいために光は散乱され光の透過を妨げ、
白濁状態になる。このような透明性と白濁状態との差を
利用して、各種情報を提供するものである。分散型液晶
としてはこのようなカプセル化されたもの以外にも液晶
材料がエポキシ樹脂内に分散されたものや、液晶と光硬
化型の樹脂とを混合し、樹脂硬化の為の光を照射して、
液晶と樹脂との相分離を利用したもの、３次元につなが
ったポリマーの中に液晶を含侵させたものなどが知られ
ている。本発明においてはこれらを総称して分散型液晶
と呼ぶ。
【０００７】これらの分散型液晶電気光学装置は、従来
のＴＮ、ＳＴＮ等の電気光学装置に比して偏光板を使用
しないために液晶電気光学装置の光の透過率は格段に高
い。具体的には偏光板一枚の透過率は約５０％であり、
それを組み合わせて使うアクティブマトリクスの場合１
％程度の光しか透過しない、ＳＴＮ系では２０％程度で
あり、そのためこれらの場合は後部照明の照度を高め画
面を明るくする努力をしている。一方、分散型液晶電気
光学装置の場合５０％以上の光が透過する。これは一重
に分散型液晶装置が偏光板を必要としないことによる、
優位性である。
【０００８】前述のように分散型液晶は透明状態と白濁
状態との間で使用し、液晶電気光学装置を透過する光の
量が多いので、通常は透過型の液晶電気光学装置として
研究開発がなされている。特に、透過型の中でも、投影
型の液晶電気光学装置として、開発されている。この投
影型の液晶電気光学装置とは液晶電気光学装置パネルを
光源から発せられる光の光路上に配置させ、パネルに通
過してきた光を一定の角度を有したスリットを通して壁
面上に投影するものである。このパネルの液晶は、印加
電圧に応答しない閾値以下の低電界領域では様々な方向
に向いており、白濁状態となっている。 この時に入射
してきた光はパネル通過後に散乱され、入射してきた光
の光路を大きく広げることになる。そしてその次に配置
されたスリットで散乱された光をカットしてしまうため
に壁面上にはほとんど光が達せずに黒状態が得られる。
一方、電界印加時で液晶が応答し電界方向に対して液晶
分子が平行に配列するときには入射してきた光は散乱す
ることなく直進し、壁面上には高輝度の明状態が得られ
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】以上に述べたように分
散型液晶のスイッチングの原理は、透光性の基板側から
入射した光が調光層に於ける屈折率の異なる樹脂と液晶
ドロップレットの中を数回に渡って通過し両界面におい
て光路を変えながら反対の基板面に達し、光が散乱す
る。その時には入射光の光は大きく散乱した状態になっ
ている。この時の調光層に於ける散乱効率を大きくする
ためには、樹脂と液晶ドロップレットとの接する回数が
調光層の厚み方向に多いことが望ましい。その他び毎に
光は散乱していくからである。従って、調光層の厚みを
大きくすればするほど散乱効率は大きくなる。しかしな
がら、基板間隔、しいては電極間隔が大きくなり、調光
層をスィッチングするための駆動電圧が大きくなってし
まう問題が生じた。そのために散乱効率は良くなっても
通常のＩＣでの駆動、ＴＦＴでの駆動が出来なくなって
しまった。
【００１０】
【問題を解決するための手段】本発明は分散型液晶に於
ける光の散乱効率を向上させるものである。調光層には
樹脂のなかにそれと屈折率の異なる液晶ドロップレット
が数回にわたって存在し屈折率の異なる境界面において
光は屈折しながら通過していくことになる。従って調光
層に於ける散乱効率を上げるためには樹脂と液晶の屈折
率の差を大きくする事と両者の接する回数を増やしてや
ればよい。液晶の屈折率の大きさは通常０．２〜０．３
程度であり限界がある。
【００１１】次に従って液晶ドロップレットについて考
えることにする。調光層に於ける液晶ドロップレットの
代表的な作製方法は、いかに示す３種類である。 １）液晶材料と紫外線硬化樹脂を４：６から８：２の割
合で混合したものを基板間に注入し、基板面から紫外線
を照射して樹脂を硬化させるものである。照射するとき
には液晶と樹脂の混合体の等方相から液晶相への転移す
る温度から５から４０℃程度に加熱した状態に試料の温
度を調節して置くことが望ましい。 ２）溶媒の中に液晶と樹脂を溶解したものを調整し、基
板上にスピナー法か、キャスト法により塗布した後、溶
媒を徐々に揮散させて作製することが出来る。樹脂とし
てはポリエチレンテレフタレートやポリフマル酸エステ
ルやポリカルバゾールやＰＭＭＡ等が挙げられる。 ３）ポリビニルアルコールを用いて液晶カプセルにした
もの これらはいずれにしても液晶ドロップレットの形状は図
１に示すように球形を呈している。特に外場を印加して
いるわけでもなく、等方的な状態がドロップレットにと
って安定なだけである。散乱効率だけを考えるならば液
晶と樹脂が接する回数が多ければ多いほど望ましい。図
２に本発明の外略図を示す。ドロップレットの形状は球
形でいるよりは偏平な形態をしていて調光層の厚み方向
に偏平したドロップレット（１０４）が積層しているほ
うが光の散乱状態としては効率がよい。このような状態
にドロップレットを変形させるためには通常の工程で作
製したドロップレットを基板同士を加圧することによっ
て変形させればよい。それにより基板間距離は小さくな
りドロップレットは偏平な形になる。この場合、温度と
しては５０から１５０℃に加熱して、圧力１〜５ｋｇ／
ｃｍ2で加圧するとドロップレットは容易変形し、温度
を４０℃以下にした状態で加圧をやめると変形後に基の
状態に戻ることもない。その時の偏平したドロップレッ
ト径の長短比は、基板法線垂直な軸の長さは、同平行な
軸の長さの１．２〜５．０程度のときに散乱効率が良か
った。
【００１２】このように変形したドロップレットの表面
積は球形の時のそれに比べて大きくなる。分散型液晶の
場合、ドロップレット径が小さくなると電界印加時に於
いても透過状態にならずに散乱状態を保つ場合がある。
この減少はドロップレット系が小さくなったことで前述
したように界面の数が増加するために散乱効率は大きく
なるが、その一方において、液晶分子の動きを樹脂界面
が規制してしまうからだと考えられる。今までの実験結
果からすると０．５〜３μｍ以下のドロップレット径の
時にそのような状態となる。このような減少は偏平なド
ロップレット構造の時にも同様である。従って、比較的
ドロップレット系の大きな状態をはじめの段階で作製し
ておき、１〜４μｍ程度の短径を有したドロップレット
に変形させると散乱効率が高く、かつ電界印加によって
透過率の高い状態に変化させる事が出来る。以下に実施
例を示し、本発明を説明する。
【００１３】
【実施例】
『実施例１』 まずは図１に示すように通常のプロセス
により分散型液晶を作製する。本実施例では紫外線硬化
形樹脂を用いた分散形液晶について説明する。透光性を
有する基板（１００、１００’）上に、透光性の導電膜
であるインジウムと錫の酸化膜（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ
−Ｏｘｉｄｅ）（１０１、１０１’）を公知の蒸着法や
スパッタ法にて成膜した。膜厚は、５００から２０００
Åであった。この時のシート抵抗は２０から２００Ω／
ｃｍ2 であった。次にこれを通常のフォトリソグラフィ
技術によりパターニングした。次に前記第１の基板と第
２に基板を間隔５〜１００μｍ、望ましくは７〜３０μ
ｍの無機製のスペーサを間に挟んで加圧して貼合わせ
た。その結果ほぼスペサー径のセル間隔を保つ事が出来
る。つぎに液晶材料について説明する。使用した液晶
は、屈折率が１．５８２、Δｎが０．２４０のシアノビ
フェニル系のネマチック液晶であった。未硬化の光硬化
性樹脂として、屈折率が１．５７３のウレタン系オリゴ
マーとアクリル系モノマーの混合系を使用した。
【００１４】この混合系の相図を図３に示した。液晶の
分率が増加するに従って等方相からネマチック相へ転移
する温度は低下した。液晶混合系のＮ−Ｉ相転移点より
も高温で前述の第１の基板と第２の基板により形成され
た液晶セルに注入し、約１０から１００ｍＷ／ｃｍ2 の
ＵＶ照射強度で約３０〜３００秒間紫外光照射し、液晶
と樹脂の相分離を起こさせながら樹脂を硬化させた。そ
の結果、樹脂（１０２）に取り囲まれた液晶ドロップレ
ット（１０３）が形成された。
【００１５】液晶材料と樹脂との混合比が６：４のとき
に硬化温度を変化させて作製したセルの電界無印加時の
散乱透過率（１０５）を図４に示した。このように変化
させた時５０℃の時の散乱透過率が最も小さかった。次
に、その液晶基板を圧力２ｋｇ／ｃｍ2 でプレスしたと
きの散乱透過率（１０６）を図４に示した。その結果全
体の散乱透過率は低下した。電界印加時の透過率を測定
した時には６０℃のときに作製したものが最も透過率が
高かった。その時の分散した液晶ドロップレットの断面
形状の寸法は短軸の直径は平均で２．３μｍ、長軸は
３．５μｍであった。
【００１６】『実施例２』透光性基板上にスパッタ法で
成膜した透光性電極で形成し、さらに、パターニングし
て第１の基板とした。その基板上に、液晶として屈折率
が１．５８２、Δｎが０．２４０のシアノビフェニル系
ネマチック液晶、カプセル化材料としてポリビニルアル
コールを使用した混合系を、キャスト法にて溶媒を加熱
乾燥し散乱液晶層を成膜した。そのときの膜厚は２０μ
ｍであった。次に第２の基板上に成膜し、ここにＴＦＴ
等を形成した第２の基板を真空状態を利用したラミネー
ト法により密着、固定させることで液晶セルを作製し
た。ラミネータの使用は偏平なドロップレットを作製す
る本発明の作製には大きな威力を発揮してくれる。すな
わち、基板通しの接着と同時に分散している液晶ドロッ
プレットの偏平工程処理もおこなえるからである。
【００１７】この装置を使用し温度を７０℃に固定し圧
力を変化させてセルを作製した。散乱透過率は、圧力が
２から４ｋｇ／ｃｍ2 の時に最も低下した。それ以上の
圧力になると再び上昇した。加圧によりドロップレット
径の短径が１μｍ以下となり小さくなりすぎたためであ
る。
【００１８】本発明において、使用する液晶材料はネマ
チック、コレステリックまたはスメクチックの液晶材料
より適宜選択して使用でき、場合によっては混合物とし
て使用することも可能である。スメクチック液晶を使用
した場合、本発明のプレス工程において液晶の配列がさ
らに崩れ易くよりさんらんの程度の激しい液晶電気光学
装置を実現でき、表示コントラストがさらに向上する。
さらにこれらに加えて二色性の染料等を加えてゲストホ
スト型の液晶電気光学装置としてもよい。
【００１９】また本明細書において、分散された液晶材
料をドロップレットとして記載し、図面にも円または円
形状で表現しているが、特にこの形状に限定されること
はなくその他の形状や樹脂の３次元網目状の空洞中に液
晶が含信されているものでも同様な効果を期待できる。
【００２０】
【発明の効果】本発明の構成をとることにより、分散型
液晶電気光学装置において散乱効率が大きく、かつ電界
印加時の透過特性の良好な分散型液晶の電気光学装置を
実現する事が出来た。
【００２１】さらに、偏光板を用いないために、光の損
失の少ない、明るい液晶ディスプレイができた。つまり
背景色が乳白色であり、紙のような印象の液晶パネルが
でき上がった。それはあたかも印刷物のような印象のデ
ィスプレイを再現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶電気光学装置の概略図を示す。
【図２】従来の分散型液晶電気光学装置の概略図を示
す。
【図３】液晶、樹脂混合系の相図の一例を示す。
【図４】温度を変化させて作製した試料の透過率を示
し、かつ本発明による効果の一例をあわせて示す。
【符号の説明】
１００・・・透光性基板 １０１・・・透光性電極 １０２・・・樹脂 １０３・・・液晶ドロップレット １０４・・・偏平な液晶ドロップレット １０６・・・基板を加圧した時のデータ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも一方に透光性を有する一対の基
    板と、前記基板上に形成された電極と、前記基板間に挟
    持された樹脂支持体に包含された分散された液晶材料を
    含む調光層を有する分散型液晶において、前記分散され
    た液晶材料の基板に対して断面方向の形状が基板と平行
    方向に偏平形状となっていることを特徴とする液晶電気
    光学装置
  2. 【請求項２】 少なくとも一方に透光性を有する一対の
    基板と、前記基板上に形成された電極と、前記基板間に
    挟持された樹脂支持体に包含され、分散された液晶材料
    を含む調光層を有する分散型液晶電気光学装置におい
    て、液晶材料を分散して、前記支持体中に形成する工程
    と前記基板に対して加圧し分散された液晶材料を偏平さ
    せる工程を有することを特徴とする液晶電気光学装置の
    作成方法
  3. 【請求項３】 少なくとも一方に透光性を有する一対の
    基板と、前記基板上に形成された電極と、前記基板間に
    挟持された樹脂支持体に包含され、分散された液晶材料
    を含む調光層を有する分散型液晶電気光学装置におい
    て、紫外線硬化樹脂と液晶材料の混合体を基板間に注入
    させる工程と、前記混合体に対して紫外線を照射する工
    程と、前記基板に対して加圧し分散された液晶材料を偏
    平させる工程を有することを特徴とする液晶電気光学装
    置の作成方法
  4. 【請求項４】 少なくとも一方に透光性を有する一対の
    基板と、前記基板上に形成された電極と、前記基板間に
    挟持された樹脂支持体に包含され、分散された液晶カプ
    セルを含む調光層を有する分散型液晶電気光学装置にお
    いて、一方の基板上に液晶カプセルを塗布する工程と、
    前記基板上に他方基板を載置し、加圧しながら液晶カプ
    セルを偏平する工程を有する液晶電気光学装置の作成方
    法
  5. 【請求項５】少なくとも一方に透光性を有する一対の基
    板と、前記基板上に形成された電極と、前記基板間に挟
    持された樹脂支持体に包含された分散された液晶材料を
    含む調光層を有する分散型液晶電気光学装置において、
    一方基板上に樹脂と液晶材料と溶媒とからなる溶液を塗
    布する工程と、溶媒を揮散させて分散された調光層を形
    成する工程と、前記基板上に他方基板を載置し、加圧し
    ながら基板同士を接着し、分散された液晶材料部分を偏
    平する工程を有する液晶電気光学装置の作成方法
  6. 【請求項６】少なくとも一方に透光性を有する一対の基
    板と、前記基板上に形成された電極と、前記基板間に挟
    持された樹脂支持体に包含された分散された液晶材料を
    含む調光層を有する分散型液晶において、前記分散され
    た液晶材料の基板に対して断面方向の形状の寸法比が基
    板の法線に方向に対し、基板に平行方向で１．２〜５で
    あることを特徴とする液晶電気光学装置。
  7. 【請求項７】少なくともネマチック、コレステリックお
    よびスメクチックの液晶材料より選ばれた液晶材料を調
    光層に含んでいることを特徴とする請求項１および請求
    項６に記載の液晶電気光学装置
  8. 【請求項８】少なくともネマチック、コレステリックお
    よびスメクチックの液晶材料より選ばれた液晶材料を調
    光層に使用したことをを特徴とする請求項２乃至請求項
    ５に記載の液晶電気光学装置作成方法
  9. 【請求項９】少なくともネマチック、コレステリックお
    よびスメクチックの液晶材料より選ばれた液晶材料と染
    料とを調光層に含んでいることを特徴とする請求項１お
    よび請求項６に記載の液晶電気光学装置
  10. 【請求項１０】少なくともネマチック、コレステリック
    およびスメクチックの液晶材料より選ばれた液晶材料と
    染料とを調光層に使用したことをを特徴とする請求項２
    乃至請求項５に記載の液晶電気光学装置作成方法
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